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Enhanced breakdown strength and energy storage density in a new BiFeO3-based ternary lead-free relaxor ferroelectric ceramic

DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2019.03.001 期刊:Journal of the European Ceramic Society 出版年份:2019 更新时间:2025-11-14 17:28:48
摘要: A new ternary lead-free relaxor ferroelectric ceramic of (0.67-x)BiFeO3-0.33(Ba0.8Sr0.2)TiO3-xLa(Mg2/3Nb1/3)O3+y wt.% MnO2+z wt.% BaCu(B2O5) (BF-BST-xLMN+y wt.% MnO2+z wt.% BCB) was prepared by a solid-state reaction method. The substitution of LMN for BF was believed to induce a typical dielectric relaxation behavior owing to the increased random fields. After co-doping MnO2 and BCB, a significant decrease in the conductivity and grain size was simultaneously realized, resulting in obviously enhanced dielectric breakdown strength and energy-storage performances at room temperature. A high recoverable energy storage density W~3.38 J/cm3 and an acceptable energy storage efficiency η~59% were achieved in the composition with x=0.06, y=0.1 and z=2 under a measuring electric field of 23 kV/mm. In addition, the energy-storage performance is quite stable against both frequency (0.1 Hz-100 Hz) and temperature (30-170 oC), suggesting that BF-BST-xLMN+y wt.% MnO2+z wt.% BCB lead-free relaxor ferroelectric ceramics might be a promising dielectric material for high-power pulsed capacitors.
作者: Haoguang Yang,He Qi,Ruzhong Zuo
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To develop lead-free relaxor ferroelectric ceramics with enhanced breakdown strength and energy storage density for applications in high-power pulsed capacitors.

Enhanced energy-storage properties were achieved in BF-BST-LMN ceramics through MnO2 and BCB doping, resulting in higher breakdown strength and energy density. The optimal composition showed a recoverable energy storage density of 3.38 J/cm3 and good stability over temperature and frequency ranges, indicating potential for high-power pulsed capacitors.

The study is limited to specific compositions and doping levels; scalability and long-term stability for industrial applications may require further investigation. The BDS and energy storage properties might be influenced by external factors not fully controlled.

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